3．0THR-MRI管壁成像對(duì)頸動(dòng)脈粥樣硬化斑塊特征分析的應(yīng)用進(jìn)展

高鑄霆 張鳳翔

【關(guān)鍵詞】頸動(dòng)脈粥樣硬化;斑塊特征;HR-MRI管壁成像;卒中

動(dòng)脈粥樣硬化（atherosclerosis，AS）是指由脂質(zhì)、單核/巨噬細(xì)胞、血管平滑肌細(xì)胞和鈣化（calcification，CA）組成的斑塊作為一種慢性炎癥反應(yīng)在動(dòng)脈壁上堆積的過(guò)程。AS斑塊的發(fā)展會(huì)導(dǎo)致管腔狹窄和管壁彈性喪失，嚴(yán)重影響腦供血，減少腦血流量和側(cè)支循環(huán)。此外AS斑塊破裂繼發(fā)血栓形成經(jīng)常導(dǎo)致心臟病和缺血性卒中（ischemic stroke，IS）。腦卒中是全球第二大常見(jiàn)死亡原因和第三大致殘?jiān)?，全世界大約87%的卒中都是IS，AS斑塊被確認(rèn)為IS的主要來(lái)源之一。目前，大約20%的IS病例是由AS引起的，頸動(dòng)脈分叉獨(dú)特的形態(tài)是AS斑塊形成的重要危險(xiǎn)因素。在過(guò)往，AS斑塊形成導(dǎo)致的頸動(dòng)脈狹窄程度被認(rèn)為是與IS發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)的主導(dǎo)因素。近期，一些研究表明斑塊的內(nèi)部成分及斑塊是否穩(wěn)定與IS的發(fā)生有著密切的聯(lián)系。故全面判斷頸動(dòng)脈斑塊的性質(zhì)對(duì)臨床工作指導(dǎo)有重大意義，現(xiàn)將3.0T高分辨磁共振管壁成像（higIl—resolution vessel wall imaging，HR-VWl）對(duì)AS斑塊特征分析的應(yīng)用進(jìn)展作一綜述。

1 HR-VWI成像在AS斑塊中的應(yīng)用

1.1

HR-VWI成像概述

HR-VW[具有較高的軟組織分辨率，通過(guò)使用專(zhuān)用的表面射頻線圈，提供了頸動(dòng)脈壁的高分辨圖像，是一種評(píng)估AS斑塊有效的工具。目前，HR-VWI中的“亮血”和“黑血”兩種技術(shù)主要用于AS斑塊評(píng)估?！傲裂奔夹g(shù)包括三維時(shí)間飛越血管成像技術(shù)（3 D-TOFMRA）和動(dòng)態(tài)對(duì)比增強(qiáng)技術(shù)（dynamic contrast enhancedmagnetic resonance imaging，DCE-MRI），使血液流動(dòng)的信號(hào)增強(qiáng)，管腔比血管壁更亮。“黑血”技術(shù)包括T1加權(quán)像（T1 weighted image，T1 WI）、T2加權(quán)像（T2-weighted image，T2 WI）和質(zhì)子密度加權(quán)像（protondensity weighted image，PDWI），目的是消除血液流動(dòng)的信號(hào)，以增加管腔和管壁之間的對(duì)比度。二者的結(jié)合能夠清晰且全面地評(píng)價(jià)頸動(dòng)脈斑塊的分布，而且能夠根據(jù)多序列信號(hào)的不同，分析斑塊內(nèi)成分組成，判斷其穩(wěn)定性。此外，一些特殊序列如磁化準(zhǔn)備快速梯度回波成像序列、三維多回波重組梯度回波序列、三維反轉(zhuǎn)恢復(fù)準(zhǔn)備的快速擾相梯度回波序列的應(yīng)用，對(duì)AS斑塊特征分析起到積極作用。

1.2HR-VWI成像在AS斑塊中的作用

1.2.1常規(guī)多對(duì)比HR-VWI成像技術(shù)

HR-VW[能夠?qū)S斑塊進(jìn)行非侵入性表征，包括斑塊易損性的特征。它能夠評(píng)估斑塊大小、形態(tài)和成分，與組織病理學(xué)有很好的相關(guān)性。通常，使用T1 wI、T2 wI、PDWI、TOF和對(duì)比增強(qiáng)T1加權(quán)成像方法的多對(duì)比組合，基于斑塊區(qū)域和不同斑塊成分在多重對(duì)比加權(quán)上的外觀來(lái)識(shí)別斑塊區(qū)域和不同的斑塊成分。典型的AS斑塊成分包括纖維帽（Fiber cap，F(xiàn)C）、CA、壞死脂核（Lipid-rich necrotic core，LRNC）、斑塊內(nèi)出血（intra-plaque hemorrhage，IPH）和疏松基質(zhì)（100sematrix，LM），且斑塊成分在HR-VWI上的影像學(xué)表現(xiàn)與其病理結(jié)果具有良好的一致性。Cai等根據(jù)美國(guó)心臟協(xié)會(huì)（American HeartAssociationAHA）病理學(xué)分型，結(jié)合頸動(dòng)脈易損斑塊MRI影像學(xué)特征制定了分型標(biāo)準(zhǔn)。I～Ⅱ型：近似正常管壁厚度，無(wú)CA;Ⅲ型：彌漫的血管內(nèi)膜增厚或微小的偏心斑塊形成，無(wú)CA;Ⅳ～V型：斑塊內(nèi)含有脂質(zhì)或壞死中心，被纖維帽包圍可能存在CA;Ⅵ型：復(fù)雜斑塊存在表面缺損，出血或血栓;Ⅶ型：鈣化的斑塊;Ⅷ型：纖維化的斑塊，無(wú)脂質(zhì)核可能存在小的CA，Ⅳ～Ⅵ型被認(rèn)定為不穩(wěn)定斑塊，即易損斑塊。除FC破裂、薄FC覆蓋LRNC、IPH以外，突出到管腔內(nèi)的CA結(jié)節(jié)、斑塊內(nèi)新生血管形成、炎性細(xì)胞浸潤(rùn)也是斑塊易損性的主要觸發(fā)因素。例如LRNC面積越大斑塊越脆弱，面積/>40%被認(rèn)定為易損斑塊。Sun等研究中，通過(guò)頸動(dòng)脈MRI測(cè)量，降脂藥抑制前蛋白轉(zhuǎn)化酶枯草溶菌素/Kexin 9型是否會(huì)在6個(gè)月內(nèi)誘導(dǎo)脂質(zhì)核心或斑塊炎癥消退，研究結(jié)果顯示，與脂質(zhì)含量不同，鈣化更能反映斑塊負(fù)荷，而不是斑塊易損性，并強(qiáng)調(diào)斑塊CA模式的重要性。大量鈣化被認(rèn)為是穩(wěn)定斑塊的特征，而微鈣化與斑塊炎癥有關(guān)。Gao等在使用血管壁磁共振成像比較有癥狀的中國(guó)糖尿病和非糖尿病患者頸動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的特征研究中進(jìn)一步將鈣化斑塊分為3種亞型：（1）表面CA，定義為位于纖維帽內(nèi)或非常接近纖維帽的CA，沒(méi)有被纖維組織完全覆蓋;（2）深度CA，定義為斑塊內(nèi)的CA，在每層MR圖像上纖維組織將其與管腔完全分開(kāi);（3）混合CA，定義為表面CA和深層CA的斑塊。

1.2.2 DCE-MRI成像技術(shù)

AS斑塊內(nèi)微血管增多已被認(rèn)為是斑塊易損性的標(biāo)志，這些微血管從動(dòng)脈外膜生長(zhǎng)到斑塊，通常內(nèi)皮的完整性會(huì)受損，潛在地為炎癥細(xì)胞和紅細(xì)胞進(jìn)入AS斑塊提供入口。這些微血管進(jìn)入斑塊的原因是由斑塊內(nèi)炎性細(xì)胞的活動(dòng)增加以及隨后的缺氧所造成。DCE-MRI已經(jīng)作為一種非侵入成像技術(shù)出現(xiàn)，用于評(píng)估斑塊微血管系統(tǒng)。使用DCE-MRI，分析注射造影劑后的信號(hào)增強(qiáng)時(shí)間曲線，利用藥代動(dòng)力學(xué)模型對(duì)斑塊微血管進(jìn)行定量。容積轉(zhuǎn)移常數(shù)與根據(jù)組織學(xué)確定的斑塊內(nèi)微血管的數(shù)量相關(guān)。Van Hoof等研究中對(duì)110例接受3T頸動(dòng)脈DCE-MRI檢查的頸動(dòng)脈斑塊≥2mm的有癥狀患者進(jìn)行DCE-MRI參數(shù)一致性分析，研究結(jié)果表明血管外膜Ktrans（反映微血管流量、密度和通透性的定量DCE-MRI參數(shù)）的中位數(shù)比整個(gè)血管壁Ktrans高5%，提示血管外膜和血管壁Ktrans與微血管密度在組織學(xué)上具有相似的相關(guān)性，這倆個(gè)區(qū)域都反映了斑塊微血管密度。除此之外，Yuan等研究中招募了21例近期出現(xiàn)癥狀或頸動(dòng)脈狹窄≥40%的患者，從動(dòng)脈期MRA圖像確定斑塊表面形態(tài)和管腔狹窄。通過(guò)先前驗(yàn)證的藥代動(dòng)力學(xué)建模方法評(píng)估頸動(dòng)脈新生血管形成。研究結(jié)果表明，斑塊新生血管與炎癥相關(guān)之外，斑塊新生血管與斑塊表面形態(tài)也顯著相關(guān)，DCE-MRl分析顯示潰瘍型斑塊的血管外膜Ktrans明顯高于光滑型斑塊，血管外膜Ktrans和部分血漿體積與管腔狹窄相關(guān)。

2磁敏感定量成像技術(shù)（quantitative susceptibilitymapping，QSM）在AS斑塊中的應(yīng)用

2.1QSM成像概述

QSM是近些年逐漸發(fā)展起來(lái)的一種磁共振定量成像技術(shù)，它利用梯度回波相位數(shù)據(jù)提供組織磁化率的定量測(cè)量，常用于評(píng)估大腦中的出血、鐵（Fe）和CA。常規(guī)磁共振成像是利用的幅值圖信息，而QSM是利用相位圖信息。QSM成像主要是基于不同組織具有不同的磁化特性以及磁化率。任何生物組織在磁場(chǎng)的作用下都會(huì)被磁化，顯示一定的特性。常見(jiàn)的磁感應(yīng)物質(zhì)分為順磁性、逆磁性和鐵磁性物質(zhì)。順磁性物質(zhì)磁化后會(huì)產(chǎn)生與主磁場(chǎng)相同方向的磁場(chǎng);逆磁性物質(zhì)會(huì)產(chǎn)生與主磁場(chǎng)方向相反的磁場(chǎng);鐵磁物質(zhì)可被磁場(chǎng)明顯吸引。無(wú)論哪種特性，在磁共振成像中都會(huì)破壞主磁場(chǎng)的均勻性，隨之帶來(lái)的就是磁共振成像的磁化率偽影。但是這種特性也并不是一無(wú)是處，恰恰就是利用不同組織磁化特性以及磁化率的差別，可以進(jìn)行QSM成像。磁敏感物質(zhì)在外加磁場(chǎng)作用下的磁化程度可以用磁化率表示。QSM值取決于順磁性物質(zhì)（如血紅蛋白中的鐵）和抗磁性物質(zhì)（如鈣）的濃度，順磁性物質(zhì)的磁化率為正值，抗磁性物質(zhì)的磁化率為負(fù)值，故QSM可以敏感地發(fā)現(xiàn)輕微出血，并區(qū)分斑塊的不同成分。目前，有兩種重建算法可以自動(dòng)生成QSM圖形，分別為磁化張量成像算法（susceptibiltensor imaging，STI、）、形態(tài)學(xué)偶極子反演算法（morphology enableddiDole Inversion，MEDI）。STI使用基于拉普拉斯的算法來(lái)展開(kāi)相位數(shù)據(jù)，接著使用復(fù)雜諧波偽影去除法算法來(lái)去除背景場(chǎng)，最后使用最小二乘法來(lái)進(jìn)行局部場(chǎng)反演。MEDI由兩個(gè)主要步驟組成。首先，通過(guò)對(duì)多回波梯度回波（gradient echo，GRE）數(shù)據(jù)進(jìn)行非線性擬合而后進(jìn)行空間相位展開(kāi)，獲得總場(chǎng)圖（包含局部場(chǎng)和背景場(chǎng)）;然后使用帶預(yù)處理的正則化非線性總場(chǎng)反演來(lái)計(jì)算磁化率圖。

2.2 QSM成像在AS斑塊中的作用

頸動(dòng)脈斑塊的QSM可提供一種新的定量MRI對(duì)比，能夠可靠地區(qū)分IPH、LRNC和CA，并有助于識(shí)別易損斑塊。Azuma等研究中，對(duì)9個(gè)頸動(dòng)脈內(nèi)膜切除術(shù)標(biāo)本采用3D多回波梯度回波序列和顯微線圈3TMR成像掃描儀上成像，結(jié)果表明在QSM圖像上定性分析顯示IPH和Fe3’沉積在高信號(hào)區(qū)域，而不是低信號(hào)區(qū)域，低信號(hào)區(qū)域CA和纖維基質(zhì)沉積的發(fā)生率高于高信號(hào)區(qū)域;定量分析顯示有IPH或Fe3沉積的區(qū)域磁敏感值明顯高于無(wú)IPH或Fe3沉積和有鈣化的區(qū)域。Yohei Ikebe等研究表明與IPH相對(duì)應(yīng)的區(qū)域在QSM上顯示出與預(yù)期一致的高度相關(guān)磁化率。正常的血管壁和鈣化是抗磁性的，而IPH是順磁性的，相反的相位極性可更好地區(qū)分IPH和抗磁性成分，這使得應(yīng)用QSM檢測(cè)和量化無(wú)癥狀A(yù)S斑塊中的微小出血灶成為可能。常規(guī)的血管壁成像難以區(qū)分IPH和LRNC，但在QSM上有明顯的區(qū)別，因?yàn)镮PH的磁化率明顯高于LRNC。Nguyen等研究中招募了5例健康志愿者和11例至少有一處明顯頸動(dòng)脈狹窄的患者，研究結(jié)果表明，MEDI工具箱（MEDIToolbox，MEDInpt）可以區(qū)分晚期AS斑塊的CA和IPH，與STI Suite相比，MEDInpt算法對(duì)鈣化斑塊和IPH的平均敏感度更高，更有利于提高斑塊成分檢測(cè)準(zhǔn)確性。鈣化斑塊和IPH的相對(duì)誤差分別從STI Sure的-63.2%和-56.5%降低到MEDInpt的-13.0%和-24.2%。MEDInpt提供了更好的QSM質(zhì)量，并有可能提高鈣化以及與出血相一致的磁化率正值較高的小病灶的檢出率。炎癥是AS斑塊易損性標(biāo)志之一，可以使用超順磁性氧化鐵納米顆（superparamagnetic iron oxide nanoparticles，USPIO）造影劑進(jìn)行成像，USPIO顆粒可以通過(guò)滲漏的內(nèi)皮細(xì)胞進(jìn)入斑塊，并被單核/巨噬細(xì)胞吞噬。Ruetten等研究中，招募10名健康志愿者[3例女性、7例男性;年齡（30.7±10.7）歲]在1.5T下成像，以開(kāi)發(fā)采集和后處理協(xié)議;5例中度至重度管腔狹窄患者[1例女性、4例男性;年齡（71±7.5）歲]在使用USPIO造影劑前后進(jìn)行了成像，結(jié)果表明，QSM能夠在一次采集中識(shí)別多種斑塊特征，例如CA斑塊和炎癥區(qū)域的USPIO攝取，簡(jiǎn)化了USPIO攝取的檢測(cè)，為顯示USPIO攝取的斑塊提供正值對(duì)比，為CA提供負(fù)值對(duì)比。

3總結(jié)與展望

目前，各種非侵入方法均已被用于斑塊研究，除MRI外，尚包括超聲、CTA、經(jīng)顱多普勒、正電子發(fā)射斷層掃描/CT，每種方法都有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。超聲是評(píng)估斑塊狹窄程度和斑塊形態(tài)的有力技術(shù)，它的優(yōu)點(diǎn)包括容易獲得、低成本和最小的輻射暴露，缺點(diǎn)是檢查高度依賴(lài)操作者，耗時(shí)長(zhǎng)，結(jié)果可能不一致。斑塊評(píng)估采用兩種超聲模式：亮度（B）模式和聲學(xué)造影。在B型超聲下，測(cè)定頸動(dòng)脈內(nèi)膜一中層厚度，然后根據(jù)回聲程度進(jìn)行分級(jí)。超聲造影評(píng)估頸動(dòng)脈管腔、斑塊潰瘍和新生血管。CTA可以檢測(cè)到鈣化的纖維帽，但是很難區(qū)分LRNC和IPH。它的優(yōu)點(diǎn)是耗時(shí)少，使用范圍廣，缺點(diǎn)是增加了輻射暴露。經(jīng)顱多普勒可以檢測(cè)到微栓子或來(lái)自表面覆蓋血栓不穩(wěn)定斑塊的瞬時(shí)高信號(hào)。它具有較高的特異性，但敏感性較低。F-氟代脫氧葡萄糖正電子發(fā)射斷層掃描/CT評(píng)估AS的代謝，檢測(cè)微鈣化和炎癥，已發(fā)現(xiàn)這些與經(jīng)顱多普勒微栓子信號(hào)相關(guān)。目前影像組學(xué)正逐漸興起，影像組學(xué)是從醫(yī)學(xué)圖像上提取和分析大量定量特征的計(jì)算過(guò)程，它的實(shí)現(xiàn)依賴(lài)于醫(yī)學(xué)圖像包含有肉眼檢查下可能不明顯的額外信息。Zhang等研究表明基于MRI的影像組學(xué)模型可以準(zhǔn)確區(qū)分有癥狀和無(wú)癥狀的頸動(dòng)脈斑塊，并在高危斑塊的識(shí)別上優(yōu)于傳統(tǒng)模型。影像組學(xué)分析最大的好處是從已經(jīng)獲得的成像數(shù)據(jù)中提供定量變量，以提高診斷性能，而不是傳統(tǒng)的評(píng)估。未來(lái)，需要我們繼續(xù)前瞻性研究來(lái)進(jìn)一步檢驗(yàn)影像組學(xué)模型預(yù)測(cè)卒中風(fēng)險(xiǎn)的能力。